Stealth ist im Wesentlichen eine Kombination aus mehreren Technologien, die alle zusammen die Entfernungen, in denen ein Flugzeug vom Feind entdeckt werden kann, erheblich verringern

In den letzten Jahrzehnten hat die Welt viel Zeit und Energie in die Tarnkappentechnologie investiert, um die Entdeckung von militärischen Luftfahrzeugen durch den Gegner zu verzögern. Die meisten neuen Plattformen werden so konstruiert, dass sie bereits in der Anfangsphase ein gewisses Maß an „Stealth“-Technologie enthalten.

Sogar bestehende Kampfflugzeuge werden gelegentlich modifiziert, um ihre Signatur zu verringern. Die Entwicklung eines Tarnkappendesigns hat ihren Preis in Form von aerodynamischen und anderen konstruktiven Kompromissen, langen Entwicklungszeiten und hohen Entwicklungskosten. Einige Stealth-Merkmale erfordern eine besondere Wartung. Bestimmte Flugzeugformen können auch die Fähigkeit zur Beförderung von Waffen und Treibstoff einschränken oder sind nicht optimal für die Flugeffizienz. Jeder Abwurftank oder jede Waffenlast, die extern getragen wird, erhöht den Radarquerschnitt (RCS).

Die Lockheed F-117 Nighthawk war das erste einsatzfähige Flugzeug, das speziell mit Stealth-Technologie entwickelt wurde. Weitere aktuelle Tarnkappenflugzeuge sind die B-2 Spirit, die F-22 Raptor, die F-35 Lightning II, die Chengdu J-20, die Shenyang FC-31 und die Sukhoi Su-57. Während sich die Luftstreitkräfte und Konstrukteure auf Tarnkappeneigenschaften konzentrieren, entwickeln sie auch Gegenmaßnahmen, um den Tarnkappeneffekt zu überwinden. Es werden passive IR-Sensoren, multistatische Radare, sehr niederfrequente Radare und Über-Horizont-Radare entwickelt.

STEALTH-TECHNOLOGIE

Stealth ist im Wesentlichen eine Kombination mehrerer Technologien, die alle zusammen die Entfernungen, in denen ein Flugzeug entdeckt werden kann, erheblich verringern. Dazu gehören die Verringerung des RCS, der akustischen Signatur, des thermischen Eindrucks und andere Aspekte. Der Begriff „Stealth“ wurde populär, als das F-117 Stealth-Kampfflugzeug 1991 im Golfkrieg eingesetzt wurde.

Ein Teil des Flugzeugs, der wesentlich zum Echo beiträgt, ist das Seitenleitwerk. Die F-117 hat geneigte Leitwerke, um Reflexionen zu verringern. Eine radikalere Methode besteht darin, das Leitwerk wegzulassen, wie bei der B-2 Spirit, um eine nahezu perfekte Tarnkappenform zu erreichen, da es keine Winkel hat, die Radarwellen reflektieren. Die Propeller und die Schaufeln der Düsenturbinen erzeugen ein helles Radarbild. Bei der Tarnkappenkonstruktion müssen die Triebwerke in der Tragfläche oder im Rumpf vergraben werden, oder es müssen Leitbleche in die Lufteinlässe eingebaut werden, damit die Verdichterschaufeln für das Radar nicht sichtbar sind.

Der nach vorne gerichtete Radarkegel des Flugzeugs wirkt als Reflektor. Die Vorderkante des Flügels reflektiert ebenfalls Radarwellen und erfordert radarabsorbierende Materialien, um die Wellen abzufangen. Das Flugzeug sollte keinerlei Vorsprünge aufweisen. Waffen, Treibstofftanks und andere Vorräte dürfen nicht außen getragen werden. Stealthy wird auch dann un-stealthy, wenn sich eine Tür oder eine Klappe öffnet.

Die Vorderkante des Flügels und das Leitwerk der F-22 Raptor sind im gleichen Winkel angeordnet, um Reflexionen zu verringern. Die Beschichtung der Cockpithaube mit einem dünnen Film aus transparentem Leiter hilft, die Radarreflexionen vom Cockpit und sogar vom Helm des Piloten zu verringern. Die Beschichtung ist dünn genug, um die Sicht des Piloten nicht zu beeinträchtigen. Dielektrische Verbundwerkstoffe sind für Radargeräte transparenter, während elektrisch leitfähige Materialien wie Metalle und Kohlenstofffasern elektromagnetische Energie, die auf die Oberfläche des Materials trifft, reflektieren.

Die F-22 und die F-35 behaupten, dass sie ihre Ladebuchten öffnen, Munition abwerfen und in kürzester Zeit wieder in den Tarnflugmodus übergehen können.

VERRINGERUNG DER FUNKFREQUENZEMISSIONEN (RF)

Flugzeuge dürfen keine nachweisbare Energie abstrahlen, z. B. von bordeigenen Radaren, Kommunikationssystemen oder HF-Leckagen. Viele Flugzeuge verwenden passive Infrarot- und Schwachlicht-TV-Sensoren, um gegnerische Flugzeuge zu verfolgen und Waffen zu zielen. Die F-22 verfügt über ein fortschrittliches Low-Probability-of-Intercept-Radar (LPIR), das gegnerische Flugzeuge beleuchten kann, ohne den Radarwarnempfänger auszulösen.

RCS

RCS wird traditionell in Quadratmetern ausgedrückt. Dies entspricht nicht der geometrischen Fläche. Er steht für das äquivalente Reflexionsvermögen. Bei nicht normalen Einfallswinkeln wird die Energie vom Empfänger weg reflektiert, was die RCS verringert. Moderne Tarnkappenflugzeuge haben ein RCS, das mit dem kleiner Vögel oder großer Insekten vergleichbar ist.

RADAR-TARNKAPPEN-GEGENMASSNAHMEN

Die Formgebung allein bietet nur wenige Stealth-Vorteile gegenüber Niederfrequenzradaren, die selbst bei einer Signalwellenlänge, die mehr als doppelt so groß ist wie die des Flugzeugs, immer noch einen erheblichen Rücklauf erzeugen können. Allerdings sind Niederfrequenzradare nicht sehr präzise und aufgrund ihrer Größe schwer zu transportieren. Mehrere Sender sind eine weitere Option. Die Erkennung kann besser gelingen, wenn die Sender von den Empfängern getrennt sind, wie bei bistatischen oder multistatischen Radargeräten.

AKUSTISCHE SIGNATUR

Frühe Stealth-Beobachtungsflugzeuge verwendeten langsam drehende Propeller, um von den feindlichen Truppen nicht gehört zu werden. Die Überschallflugzeuge haben einen Überschallknall. Moderne Flugzeugtriebwerke sind effizienter und weniger laut. Die Standardrotorblätter eines Hubschraubers sind gleichmäßig verteilt und erzeugen bei einer bestimmten Frequenz und deren Oberwellen mehr Lärm. Der Rotorlärm von Hubschraubern kann durch unterschiedliche Abstände zwischen den Blättern reduziert werden, wodurch sich der Rotorlärm auf einen größeren Frequenzbereich verteilt.

VISUELLE SIGNATUR

Die visuelle Signatur lässt sich am besten durch Tarnanstriche oder andere Materialien verringern, die die Linien des Flugzeugs farblich hervorheben und auflockern. Die meisten Flugzeuge verwenden einen matten Anstrich und dunkle Farben. Graue Farben, die die Linien unterbrechen, sind effektiver. So musste beispielsweise verhindert werden, dass das Sonnenlicht von der Cockpithaube des Flugzeugs reflektiert wird. Der ursprüngliche Entwurf der B-2 hatte Flügeltanks für eine Chemikalie zur Verhinderung von Kondensstreifen. Später wurde ein Kondensstreifen-Sensor eingebaut, der den Piloten warnt, wenn er die Flughöhe ändern sollte.

INFRAROTSIGNATUR

Die Verringerung der Wärmesignatur des Flugzeugs ist erforderlich, um die Verfolgung durch IR-Sensoren zu verhindern. Die Abgasfahne trägt zu einer erheblichen Infrarotsignatur bei. Eine Möglichkeit zur Verringerung der IR-Signatur ist ein nicht kreisförmiges, schlitzförmiges Heckrohr, um die Abgasquerschnittsfläche zu verringern und die Vermischung der heißen Abgase mit der kühlen Umgebungsluft zu maximieren, wie es bei der F-117 der Fall ist.

Oft wird absichtlich kühle Luft in den Abgasstrom eingeblasen, um diesen Prozess zu verstärken. Bei einigen Flugzeugen werden die Abgase oberhalb der Tragfläche abgeleitet, um sie vor den darunter befindlichen Raketenbeobachtern zu schützen. Eine weitere Möglichkeit zur Senkung der Abgastemperatur ist die Zirkulation von Kühlflüssigkeiten wie Treibstoff im Abgasrohr, wobei die Treibstofftanks als Wärmesenken dienen, die durch den Luftstrom entlang der Tragflächen gekühlt werden.

Radarabschirmende Kampfflugzeuge erfordern sorgfältige Konstruktionsarbeit, umfangreiche Tests und exotische Materialien für ihre Konstruktion, was ihre Kosten im Vergleich zu nicht getarnten Flugzeugen verdreifachen kann.

INFRAROTSUCHE UND -VERFOLGUNG (IRST)

IRST-Systeme können sogar gegen Tarnkappenflugzeuge wirksam sein, da sich ihre Oberfläche aufgrund der Luftreibung erwärmt und ein Zweikanal-IRST den Unterschied zwischen dem niedrigen und dem hohen Kanal vergleichen kann. Russland hatte in den 1980er Jahren IRST-Systeme auf MiG-29 und Su-27. Die MiG-35 ist mit einem neuen optischen Ortungssystem mit erweiterten IRST-Fähigkeiten ausgestattet. Die französische Rafale, der europäische Eurofighter und der schwedische Gripen nutzen das IRST in großem Umfang. In der Regel ermöglicht IRST die Erkennung von nicht nachbrennenden Luftzielen in 45 km Entfernung. Die Lockheed F-21, die Indien angeboten wird, verfügt über ein Langstrecken-IRST.

ANFÄLLIGE FLUGMODI

Tarnkappenflugzeuge sind während und unmittelbar nach dem Einsatz ihrer Bewaffnung immer noch anfällig für Entdeckung. Da Tarnkappenflugzeuge ihre gesamte Bewaffnung im Innern tragen, vervielfacht sich das RCS des Flugzeugs, sobald sich die Waffenschachttüren öffnen. Während das Flugzeug seine Tarnkappe wiedererlangt, sobald die Waffenklappen geschlossen sind, hat ein schnell reagierendes Abwehrwaffensystem eine kurze Gelegenheit, das Flugzeug zu treffen. Die F-22 und die F-35 behaupten, dass sie ihre Schächte öffnen, Munition abwerfen und innerhalb kürzester Zeit wieder in den Stealth-Flug übergehen können. Einige Waffen erfordern jedoch, dass das Lenkungssystem der Waffe das Ziel erfasst, während die Waffe noch am Flugzeug befestigt ist.

Dies zwingt zu relativ langen Einsätzen bei geöffneten Schachttüren.

REDUZIERTE NUTZLAST

Tarnkappenflugzeuge führen Treibstoff und Bewaffnung intern mit, was die Nutzlast begrenzt. Die F-117 kann nur zwei laser- oder GPS-gesteuerte Bomben mitführen, während ein nicht getarntes Kampfflugzeug ein Vielfaches davon tragen kann. Dies erfordert den Einsatz zusätzlicher Flugzeuge, um Ziele zu bekämpfen, für die normalerweise ein einziges nicht getarntes Flugzeug ausreichen würde. Dieser scheinbare Nachteil wird jedoch durch die geringere Anzahl von Unterstützungsflugzeugen ausgeglichen, die für die Luftverteidigung und elektronische Gegenmaßnahmen erforderlich sind.

TAKTIK

Ein stark verteidigtes Gelände hat in der Regel eine überlappende Radarabdeckung, die ein unentdecktes Eindringen von konventionellen Flugzeugen erschwert. Die Entdeckung von Flugzeugen kann durch Ausnutzung der Doppler-Slots der Bodenradare verzögert werden. Mit Kenntnis der gegnerischen Radarstandorte und des RCS-Musters des eigenen Flugzeugs kann eine Flugroute geflogen werden, die die Radialgeschwindigkeit minimiert und gleichzeitig dem Bedrohungsradar die niedrigsten RCS-Aspekte des Flugzeugs zeigt. Es gibt noch weitere Flugtaktiken, wie z.B. Manöver in Kombination mit dem Ausbringen von Düppeln, um gegnerische Radare zu verwirren.

OPERATIVER EINSATZ VON STEALTH-FLUGZEUGEN

Die USA und Israel sind die einzigen Länder, die Tarnkappenflugzeuge im Kampf eingesetzt haben. Im Golfkrieg 1990 flogen die F-117 1.300 Einsätze und erzielten direkte Treffer auf 1.600 hochwertige Ziele im Irak. Nur 2,5 Prozent der amerikanischen Flugzeuge im Irak waren F-117, doch sie trafen 40 Prozent der strategischen Ziele mit einer Erfolgsquote von 80 Prozent. In Jugoslawien wurden 1999 F-117 und der Stealth-Bomber B-2 Spirit eingesetzt. Eine F-117 wurde von einer serbischen S-125 „Neva-M“-Rakete abgeschossen. Die B-2 Spirit zerstörte in den ersten acht Wochen des US-Kriegseinsatzes 33 % der ausgewählten serbischen Ziele. Die B-2 flogen von ihrer Heimatbasis in Missouri nonstop in den Kosovo und zurück. Bei der Invasion des Irak im Jahr 2003 wurden die F-117 und die B-2 eingesetzt, und dies war das letzte Mal, dass die F-117 im Einsatz war.

Der Hubschrauber Sikorsky UH-60 Black Hawks, der bei der Operation zur Tötung Osama bin Ladens im Mai 2011 zum Einsatz kam, wurde stark modifiziert, um leisere Einsätze zu ermöglichen und mit Tarnkappentechnologie ausgestattet, um für Radargeräte weniger sichtbar zu sein. Die F-22 feierte ihr Kampfdebüt über Syrien im September 2014 als Teil der von den USA geführten Koalition gegen ISIS. Im Jahr 2018 führten israelische F-35I-Tarnkappenflugzeuge eine Reihe von Einsätzen in Syrien durch und drangen sogar unbemerkt in den iranischen Luftraum ein. Die chinesische J-20 wurde 2017 bei der chinesischen Luftwaffe in Dienst gestellt. Das FC-31 befindet sich noch in der Entwicklung. Das russische Tarnkappenflugzeug Su-57 soll 2020 in Dienst gestellt werden.

KÜNFTIGE STEALTH-INITIATIVEN

Die Gestaltung von Flugzeugen für Tarnkappenflugzeuge geht oft zu Lasten der aerodynamischen Leistung. Nach der Erfindung von Meta-Oberflächen wurden die konventionellen Mittel zur Verringerung des RCS deutlich verbessert.

Metasurfaces sind dünne zweidimensionale Metamaterialschichten, die die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in gewünschte Richtungen zulassen oder hemmen. Metasurfaces können gestreute Wellen umlenken, ohne die Geometrie eines Ziels zu verändern.

Plasma Stealth ist ein Phänomen, bei dem ionisiertes Gas zur Verringerung des RCS eingesetzt wird. Durch die Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und ionisiertem Gas könnte eine Plasmaschicht oder -wolke um die Plattform herum entstehen, die Radarstrahlen ablenkt oder absorbiert.

Es gibt Forschungsarbeiten zur Integration der Funktionen der Flugsteuerung in die Tragflächen, um die RCS durch die Reduzierung von beweglichen Teilen, Gewicht und Kosten zu verringern. Das Konzept eines flexiblen Flügels, der im Flug seine Form ändern kann, um die Luftströmung abzulenken, entwickelt sich weiter. Adaptive aeroelastische Tragflächen werden erforscht.

Bei der Fluidik geht es im Wesentlichen um die Einspritzung von Flüssigkeiten in Flugzeuge zur Richtungssteuerung durch Zirkulationssteuerung und Schubvektorisierung.

Fluidische Systeme, bei denen größere Fluidkräfte durch kleinere Düsen intermittierend umgelenkt werden, um die Richtung zu ändern. BAE Systems hat zwei unbemannte Flugzeuge mit Fluidiksteuerung getestet.

Mehrere Stealth-Flugzeuge befinden sich in der Entwicklung. Die russische MiG-41 soll die MiG-31 ersetzen. Die MiG LMFS ist aus dem inzwischen eingestellten Mikoyan-Projekt 1.44 hervorgegangen. Die Tupolev PAK DA soll ein Tarnkappenbomber sein und die Tu-95 ersetzen. Die Xian H-20 wäre ein Unterschall-Tarnkappenbomber. Shenyang J-18 ist ein VSTOL-Tarnkappenflugzeug, ähnlich der US F-35B. Das indische Advanced Medium Combat Aircraft wird ein Stealth-Flugzeug der fünften Generation sein. Northrop Grumman B-21 Raider wird ein Tarnkappenbomber für Langstreckeneinsätze sein.

BAE Systems Tempest, Saabs Flygsystem 2020 und das multinationale europäische Kampfflugzeug der neuen Generation sind einige ernsthaftere Programme. KAI KF-X ist ein gemeinsames Programm von Indonesien und Südkorea. HESA Shafaq ist ein iranisches Tarnkappenflugzeugprojekt. Die Türkei plant die Entwicklung von TAI TFX als Ersatz für die F-16. Das Projekt AZM ist ein pakistanischer Versuch, eine Kampfjet-Technologie der fünften Generation zu entwickeln. Unter den Hubschraubern befindet sich ein getarnter, nicht benannter Kamov-Hubschrauber. Der leichte Kampfhubschrauber von Hindustan Aeronautics Ltd. und der Eurocopter Tiger sollen über Tarnkappenfunktionen verfügen.

Die Technologien zur Bekämpfung der Tarnkappe entwickeln sich bereits schnell weiter. Alle Länder entwickeln fortschrittliche Radarsysteme, die in naher Zukunft in der Lage sein werden, diese Flugzeuge zu entdecken.

IST STEALTH ÜBERBEWERTET?

Radarabwehrende Kampfflugzeuge erfordern sorgfältige Konstruktionsarbeit, umfangreiche Tests und exotische Materialien für ihre Konstruktion – alles Merkmale, die ihre Kosten im Vergleich zu herkömmlichen, nicht getarnten Flugzeugen verdoppeln oder verdreifachen können, sagen Experten. Sie argumentieren, dass Tarnkappenflugzeuge überbewertet werden und es besser ist, eine größere Anzahl billigerer, nicht tarnkappenfähiger Flugzeuge zu kaufen. Die hohen Kosten für die Entwicklung, den Kauf und die Wartung von Tarnkappenflugzeugen bedeuten, dass sie nur sparsam eingesetzt werden können. Viele Tarnkappenflugzeuge haben immer noch fragwürdige Fähigkeiten. Viele AAMs mit großer Reichweite lassen sich in den meisten Kampfflugzeugen nur schwer unterbringen.

Canard-Steuerungen und externe Hardpoints sind „Tarnkappenkiller“. Auch das Kosten-Nutzen-Verhältnis von Tarnkappenflugzeugen ist noch fraglich. Wenn eine moderne Luftwaffe einen Gegner mit einer starken Flugabwehr angreifen will, braucht sie eine wirksame Unterdrückung der feindlichen Luftabwehr (SEAD), um Verluste zu vermeiden. Ein schnelles, gut bewaffnetes und hochmanövrierfähiges „elektronisches Angriffsflugzeug“ vom Typ Boeing EA-18G Growler verfügt über die Fähigkeit, das gesamte Spektrum zu stören. SEAD kann viel billiger sein als Stealth.

Die Technologien zur Bekämpfung von Tarnkappenflugzeugen entwickeln sich bereits schnell weiter. Mit 100 Millionen Dollar ist selbst ein kleines Flugzeug wie die F-35 nicht billig. Der F-22 Raptor kostet fast 150 Millionen Dollar. Die US-Luftwaffe musste das F-22-Montageband nach nur 187 Flugzeugen schließen. Alle Länder entwickeln fortschrittliche Radarsysteme, die in naher Zukunft in der Lage sein werden, diese Flugzeuge zu erkennen. Die russische T-50 gilt als weniger tarnkappenfähig und hat mit Technologie- und Kostenproblemen zu kämpfen. Die parallel laufenden chinesischen Tarnkappenprogramme J-20 und J-31 sind geheimnisumwittert, und China war gezwungen, die teure russische Su-35 zu kaufen. Tarnkappenflugzeuge erfordern außerdem hohe Wartungskosten und -zeiten. Die meisten Tarnkappenflotten sind für ihre hohen Ausfallzeiten bekannt. Ob Tarnkappenflugzeuge in erster Linie einen psychologischen Wert haben oder nicht, wird sich erst mit der Zeit zeigen.